鋼的化學鍍鎳磷.doc

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1、鋼的化學鍍鎳磷DC金屬3090******材料科學與工程學院摘要：本文簡要介紹了鋼鐵化學鍍鎳磷的原理與工藝流程，簡述了鍍層的性能及技術指標，隨之分析了影響鍍層性能的主要因素，并據(jù)此給出了工藝中的除銹配方和鍍液配方，最后對試驗參數(shù)進行了測定與比較，得出了一定的結論，由此論證了化學鍍鎳磷的重要作用和這一工藝對鋼鐵性能改進的重要影響。關鍵詞：原子氫態(tài)理論鍍層工藝熱處理參數(shù)測定前言：化學鍍鎳磷工藝是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型表面保護和表面強化技術手段，具有廣泛的應用前景。目前化學鍍鎳磷合金已廣泛地應用在石油化工、石油煉制、電子能源

2、、汽車、化工等行業(yè)。石油煉制和石油化工是其最大的市場，并且隨著人們對這一化學鍍特性的認識，它的應用也越來越廣泛，主要用在石油煉制、石油化工的冷換設備上，化學鍍鎳磷能夠顯著提高設備的耐磨、耐蝕性能，延長其壽命，性能優(yōu)于目前使用的有機涂料，而且適用于碳鋼、鑄鐵、有色金屬等不同基材[1]。一、實驗原理化學鍍鎳磷合金是一種在不加電流的情況下，利用還原劑在活化零件表面上自催化還原沉積得到鎳磷鍍層的方法。其主要反應為應用次亞磷酸鈉還原鎳離子為金屬鎳，即在水溶液中鎳離子和次亞磷酸根離子碰撞時，由于鎳觸媒作用析出原子態(tài)氫，而原子態(tài)氫又被催化

3、金屬吸附并使之活化，把水溶液中的鎳離子還原為金屬鎳形成鍍層，另外次亞磷酸根離子由于在催化表面析出原子態(tài)氫的作用，被還原成活性磷，與鎳結合形成Ni-P合金鍍層。以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍鎳磷工藝，其反應機理，現(xiàn)普遍被接受的是“原子氫態(tài)理論”和“氫化物理論”。下面介紹“原子氫態(tài)理論”，其過程可分為以下四步：1、化學沉積鎳磷合金鍍液加熱時不起反應，而是通過金屬的催化作用，次亞磷酸根在水溶液中脫氫而形成亞磷酸根，同時放出初生態(tài)原子氫。H2PO2-+H2O→HPO3-+2H+H-2、初生態(tài)原子氫被吸附在催化金屬表面上而使其活化，使鍍液

4、中的鎳陽離子還原，在催化金屬表面上沉積金屬鎳。Ni2++2H→Ni+2H+3、在催化金屬表面上的初生態(tài)原子氫使次亞磷酸根還原成磷。同時，由于催化作用使次亞磷酸根分解，形成亞磷酸根和分子態(tài)氫。H2PO2-+H→H2O+OH-+P2H→H2↑4、鎳原子和磷原子共沉積，并形成鎳磷合金層。3P+Ni→NiP3一、鍍層的特性及技術指標[2]1.鍍層均勻性好非晶態(tài)Ni-P合金鍍層是通過化學沉積的方法獲得，凡是鍍液能浸到的部位，任何形態(tài)復雜的零件，都得到均勻的鍍層。不需外加電流，是非晶態(tài)均一單相組織，不存在晶界位錯，也無化學成份偏析，且避

5、免了電鍍形成的邊角效應等缺陷。另外，還具有較高的光潔度。2.鍍層附著力好鍍層在鋼體上產(chǎn)生壓應力（4MPa）而鍍層與鋼的熱膨脹系數(shù)相當，所以具有優(yōu)良的附著力，一般為300-400MPa。3.鍍層硬度高，抗磨性能優(yōu)良鍍層具有高硬度，低韌性和較低熱導率、電導率，它的抗拉強度超過700MPa，與很多合金鋼相似，鍍層硬度和延伸率都超過了電鍍鉻，彎曲無裂紋，但不適合反復彎折和拉抻等劇烈變形的部件，經(jīng)熱處理硬度可達HV1100，但在320℃時開始發(fā)生晶型轉變，耐磨性能增強，耐蝕性能減弱。4.優(yōu)良的抗腐蝕性能由于鍍層屬非晶態(tài)不存在晶界、位錯

6、等晶體缺陷，是單一均勻組織，不易形成電偶腐蝕，決定其有較高的耐蝕性，鎳—磷鍍層均勻性好，拉應力小，致密性好，為防腐蝕提供了理想的阻擋層。在堿、鹽、高溫油測、有機介質和溶劑、酸性氣體中有抗蝕能力，對還原酸（鹽酸）有良好的抗蝕能力。三、鍍層性能的影響因素化學鍍工藝中前處理及鍍液中各成分對鍍層性能影響很大,比如前處理中鍍前試樣除銹方法不同、拋光與否都使鍍層的耐蝕性能存在差異。在這里主要討論鍍液中各組分對鍍層性能的影響。化學鍍鎳溶液的成分包括鎳鹽、還原劑、絡合劑、穩(wěn)定劑、其他添加劑等。（1）鎳鹽鎳鹽是鍍液主鹽，一般使用硫酸鎳，其次是

7、氯化鎳。鎳鹽濃度高，鎳液沉積速度快，但穩(wěn)定性下降。另外，鍍液中鎳鹽含量決定了所需次磷酸鹽和絡合劑的量（2）還原劑化學鍍鎳的反應過程是一個自催化的氧化–還原過程，次磷酸鈉以其價格較低,控制容易,鍍層抗蝕性能好等特點,而成為應用最廣泛的還原劑。次磷酸鈉作為還原劑通過催化脫氫，提供活潑的氫原子，把鎳離子還原成金屬，同時使鍍層中含有磷的成分。次磷酸銨的用量主要取決于鎳鹽濃度，鎳與次磷酸鈉的物質的量之比為0.3～0.45。隨著次磷酸鈉含量的增加，鍍層沉積速度增大，鍍層中磷含量也隨之增加，但鍍液的穩(wěn)定性下降。（3）絡合劑化學鍍鎳液中廣泛

8、應用次磷酸鹽,在化學鍍進行時,由于溶液中亞磷酸離子積累,與游離鎳離子結合生成亞磷酸鎳沉淀,為防止它的生成,需要加入適當?shù)慕j合劑生成鎳的絡離子來降低游離鎳離子濃度。不同絡合劑對鍍層沉積速度、表面形貌、磷含量、耐蝕性等均有影響?；瘜W鍍鎳液中的絡合劑均為有機酸和它們的鹽類，常用的絡合劑有：乙醇酸